Nikel

Nikel (Jawi: ‏نيكل‎code: ms is deprecated ‎, disebut [ˈnɪkəl terdekat ni.kĕl]) atau tembaga putih (Jawi: تمباݢ ڤوتيه‎^[1]) ialah unsur kimia logam dalam jadual berkala yang mempunyai simbol Ni dan nombor atom 28.

Nikel,  ₂₈Ni

Ciri-ciri umum
Rupa	berlogam, berwarna perak keemasan
Nikel dalam jadual berkala
– ↑ Ni ↓ Pd kobalt ← nikel → tembaga
Nombor atom (Z)	28
Kumpulan, kala	kumpulan 10, kala 4
Blok	Blok d
Konfigurasi elektron	[Ar] 3d8 4s2 atau [Ar] 3d9 4s1
Bil. elektron per petala/cengkerang	2, 8, 16, 2 atau 2, 8, 17, 1
Ciri-ciri fizikal
Takat lebur	1728 K ​(1455 °C, ​2651 °F)
Takat didih	3003 K ​(2730 °C, ​4946 °F)
Ketumpatan suhu bilik hampir	8.908 g/cm3
apabila cecair, pada t.l.	7.81 g/cm3
Haba pelakuran	17.48 kJ/mol
Haba pengewapan	379 kJ/mol
Muatan haba molar	26.07 J/(mol·K)
Tekanan wap T (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada S (K) 1783 1950 2154 2410 2741 3184
Ciri-ciri atom
Keelektronegatifan	Skala Pauling: 1.91
Tenaga pengionan	pertama: 737.1 kJ/mol ke-2: 1753.0 kJ/mol ke-3: 3395 kJ/mol (lagi)
Jejari atom	empirik: 124 pm
Jejari kovalen	124±4 pm
Jejari van der Waals	163 pm
Rampaian
Struktur hablur	​kiub berpusatkan muka (fcc)
Kelajuan bunyi rod nipis	4900 m/s (pada s.b.)
Pekali pengembangan terma	13.4 µm/(m·K) (pada 25 °C)
Daya pengaliran terma	90.9 W/(m·K)
Kerintangan elektrik	69.3 nΩ·m (pada 20 °C)
Sifat kemagnetan	feromagnetik
Modulus Young	200 GPa
Modulus ricih	76 GPa
Modulus pukal	180 GPa
Nisbah Poisson	0.31
Skala Mohs	4.0
Kekerasan Vickers	638 MPa
Kekerasan Brinell	667–1600 MPa
Nombor CAS	7440-02-0
Sejarah
Penemuan dan pengasingan pertama	Axel Fredrik Cronstedt (1751)
Isotop utama bagi nikel
Iso­top Kelim­pahan Separuh hayat Mod reputan Pro­duk 58Ni 68.077% adalah stabil dengan 30 neutron 59Ni surih 7.6×104 y ε 59Co 60Ni 26.223% adalah stabil dengan 32 neutron 61Ni 1.140% adalah stabil dengan 33 neutron 62Ni 3.635% adalah stabil dengan 34 neutron 63Ni syn 100 y β− 63Cu 64Ni 0.926% adalah stabil dengan 36 neutron
lihat bincang sunting | rujukan | dalam Wikidata

Ciri-ciri

Nikel ialah logam berwarna putih keperak-perakan yang berkilat. Ia tergolong dalam logam peralihan, dan keras dan mulur. Ia wujud secara gabungan dengan belerang dalam millerite, dengan arsenik dalam galian niccolite, dan dengan arsenik dan belerang dalam (nickel glance).

Disebabkan ketahanannya pada udara dan pengoksidaan, ia digunakan dalam syiling, bagi menyalut besi, tembaga, dll, bagi kegunaan perkakasan kimia, dan dalam aloi tertentu seperti perak Jerman. Ia bermagnet, dan sering kali bersama kobalt, kedua-duanya terdapat pada besi tahi bintang. Kepentingannya dalam bentuk sebatian, terutamanya kebanyakan sebatian adi, dan terutamanya dalam besi waja.

Nikel adalah satu dari lima unsur Feromagnet. Bagaimanapun, wang nikel Amerika Syarikat tidak bermagnet kerana ia sebenarnya kebanyakannya (75%) tembaga. Nikel matawang Kanada yang dikilangkan pada tempoh pelbagai natara 1922-81 adalah 99.9% nikel, dan ini boleh ditarik magnet.

Keadaan teroksida paling biasa bagi nikel ialah sebatian +2, walaupun sebatian 0, +1, +3 dan +4 Ni pernah dijumpai. Ia juga dipercayai bahawa pengoksidaan +6 mungkin wujud, bagaimanapun, tidak disahkan.

Sel unit nikel ialah FCC dengan tatarajah kekisi sekitar 0.356 nm memberi jejari atom sekitar 0.126 nm.

Nikel-62 ialah nuklid paling stabil di kalangan semua unsur yang wujud; malah ia lebih stabil berbanding Besi-56.

Isotop

Rencana utama: Isotop nikel

Nikel semula jadi terdiri daripada lima buah isotop stabil, ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni dan ⁶⁴Ni, dengan ⁵⁸Ni ialah isotop yang paling banyak (68.077% kewujudan semula jadi). 18 radioisotop telah dikenal pasti dengan radioisotop yang paling stabil ialah ⁵⁹Ni dengan separuh hayat selama 76,000 tahun, ⁶³Ni, separuh hayat 100.1 tahun dan ⁵⁶Ni dengan separuh hayat 6.077 hari.

Nikel-56 dihasilkan dalam jumlah yang besar dalam supernova jenis Ia dan bentuk lengkungan cayaha supernova berkait dengan penguraian nikel-56 kepada kobalt-56 dan seterusnya, ferum-56.

Nikel-59 ialah radionuklida kosmogen dengan separuh hayat 76,000 tahun. ⁵⁹Ni memiliki banyak penggunaan dalam geologi isotop. ⁵⁹Ni digunakan dalam pentarikhan usia meteorit dan penentuan kelimpahan habuk luar angkasa di dalam ais dan mendakan. Nikel-60 ialah hasil daripada radionuklida ferum-60 yang pupus (separuh hayat 1.5 juta tahun). Memandangkan ⁶⁰Fe memiliki separuh hayat yang lama, kepersisan dalam kumpulan bahan di sistem suria dengan kepekatan yang tinggi boleh menghasilkan variasi komposisi isotop ⁶⁰Ni yang boleh diukur. Oleh itu, kewujudan ⁶⁰Ni di angkasa luar boleh memberikan petunjuk berkenaan dengan asal-usul sistem suria dan sejarah awalnya.

Nikel-62 mempunyai tenaga pengikatan tertinggi per nukleon dalam kalangan isotop dari semua unsur. Isotop yang lebih berat daripada ⁶²Ni tidak boleh dihasilkan melalui pelakuran nuklear tanpa kehilangan tenaga.

Nikel-48 yang ditemui pada 1999 ialah isotop nikel dengan paling kaya dengan proton yang diketahui. Dengan 28 proton dan 20 neutron, nikel-48 secara anehnya stabil.^[2]

Isotop nikel memiliki julat jisim atom daripada 48 amu (48-Ni) ke 78 amu (78-Ni). Separuh hayat nikel-78 diukur dan dikenal pasti tempohnya selama 110 milisaat. Isotop ini dikatakan penting dalam nukleosinstesis supernova bagi unsur-unsur yang lebih berat daripada besi.^[3]

Sebatian

Rencana utama: Kategori:Sebatian nikel

Tahap pengoksidaan nikel yang paing lazim ialah +2, tetapi sebatian dengan tahap pengoksidaan nikel 0, +1 dan +3 juga lazim dikenali, manakala nikel dengan tahap pengoksidaan -2, -1 dan +4 telah dihasilkan dan dikaji.^[4]

Nikel(0)

Nikel tetrakarbonil, (Ni(CO)₄) yang ditemui oleh Ludwig Mond,^[5] ialah sebatian nikel yang meruwap, amat beracun dan berupa cecair pada suhu bilik. Apabila dipanaskan, sebatian ini terurai menjadi nikel dan karbon monoksida.

${\displaystyle {\ce {Ni(CO)4 <=> Ni + 4CO}}}$

Proses ini dimanfaatkan dalam proses Mond bagi menulenkan nikel.

Nikel(I)

Sebatian nikel(I) adalah tidak lazim. Kebanyakan sebatian nikel(I) mempunyai ikatan antara atom-atom nikel, Ni-Ni seperti sebatian K₄[Ni₂(CN)₆] yang boleh disediakan melalui penurunan sebatian K₂[Ni₂(CN)₆] dengan amalgam natrium. Sebatian ini mengalami pengoksidaan dalam air lalu membebaskan molekul H₂.^[6]

Tahap pengoksidaan +1 bagi nikel dikatakan penting bagi enzim yang memiliki atom nikel seperti [NiFe]-hidrogenase yang memangkinkan penurunan berbalik proton kepada molekul H₂.^[7]

Sejarah

Kegunaan nikel adalah secara tidak sengaja, dan boleh dikesan sehingga 3500 SM. Gangsa dari kini dikenali sebagai Syria mempunyai kandungan nikel sehingga dua peratus. Tambahan lagi, manuskrip Cina membayangkan bahawa "tembaga putih" (contoh. baitung) telah digunakan di Timur antara 1700 SM dan 1400 SM. Bagaimanapun, disebabkan bijih nikel mudah dikelirukan denga bijih perak, sebarang salah faham mengenai hal ini dan kegunaannya lebih ditumpukan kepada masa kini.

Galian yang mengandungi nikel (contoh. kupfernikel, bererti tembaga setan ("Nick"), atau tembaga palsu) digunakan bagi mewarnakan kaca menjadi hijau. Pada tahun 1751, Baron Axel Fredrik Cronstedt sedang cuba menghasilkan tembaga dari kupfernikel (kini dikenali sebagai nikolit), dan sebaliknya dapat logam putih yang digelar olehnya sebagai nikel.

Di Amerika Syarikat, istilah "nikel" atau "nick" pada asalnya digunakan untuk duit syiling tembaga-nikel sen Indian yang diperkenalkan pada tahun 1859 dan kemudiannya, untuk duit syiling tiga sen yang diperkenalkan pada tahun 1865. Pada tahun berikutnya, nama itu dipergunakan untuk nikel perisai lima sen sehingga hari ini. Duit-duit syiling yang diperbuat daripada nikel tulen digunakan buat pertama kali pada tahun 1881 di Switzerland.^[8]

Kewujudan

Kebanyakan nikel yang dilombong dikestrak daripada dua jenis bijih. Bijih pertama ialah laterit, dengan bijih-bijih utamanya termasuk limonit, (Fe, Ni)O(OH) dan garnierit, (Ni, Mg)₃Si₂O₅(OH).. Jenis seterusnya ialah deposit magmatik sulfida dengan bijih utamanya ialah pentlandit, (Ni, Fe)₉S₈.

Dari segi bekalan, kawasan Sudbury di Ontario, Kanada merangkumi kira-kira 30% bekalan nikel dunia. Deposit di Lembangan Sudbury dikatakan terhasil melalui kejadian hentaman meteorit ketika sejarah awal geologi Bumi. Rusia memiliki 40% bekalan nikel dunia yang diketahui di deposit Norilsk, Siberia. Syarikat perlombongan Rusia, MMC Norilsk Nickel melombong bekalan ini serta paladium. Pusat-pusat bekalan nikel utama lain terletak di New Caledonia, Australia, Cuba, and Indonesia.

Sebuah kemajuan baharu telah dilakukan di sebuah deposit di barat Turki, memudahkan pihak Eropah. Di Amerika Syarikat, satu kawasan yang dijadikan sebagai pusat perlombongan nikel komersial ialah Riddle, Oregon yang menempatkan deposit permukaan garnierit berkeluasan beberapa batu persegi.

Mengikut kepada bukti geofizik, kebanyakan nikel di Bumi ditumpukan di kerak Bumi.

Jumlah pengeluaran global

Pada 2019, negara-negara pengeluar nikel utama dunia termasuklah Indonesia (800,000 tan), Filipina (420,000 tan),^[9] Rusia (270,000 tan), New Caledonia (220,000 tan), Australia (180,000 tan) dan Kanada (180,000 tan), dengan jumlah pengeluaran global adalah kira-kira 2.7 juta tan setahun.^[10]

Pengekstratan dan penghalusan

Nikel boleh diperoleh melalui metalurgi ekstraktif. Kebanyakan bijih sulfida secara tradisinya diuruskan melalui kaedah pirometalurgi untuk menghasilkan kusam bagi tujuan penulenan, yakni melalui proses pengapungan buih sebelum proses pirometalurgi. Perkembangan hidrometalurgi membolehkan pemprosesan nikel melalui kaedah ini.

Kaedah-kaedah yang digunakan dalam penghalusan logam nikel termasuklah kaedah Mond, Orford dan Hybinette.^[11] Kaedah pengelektrotulenan mula digunakan pada 2000-an.^[12]

Nikel diperoleh melalui proses pembakaran dan penurunan konvensional yang memberikan logam dengan ketulenan melebihi 75%. Penulenan akhir dalam proses Mond dilakukan melalui tindak balas nikel dan karbon monoksida untuk menghasilkan nikel karbonil. Gas ini kemudiannya dilalukan ke dalam bekas besar pada suhu yang tinggi yang memiliki puluhan ribu biji sfera nikel dikekalkan dalam gerakan berterusan. Nikel karbonil terurai dan menghasilkan nikel tulen dan bercampur dengan sfera nikel, atau pelet. Selain itu, nikel karbonil boleh diuraikan di dalam bekas kecil tanpa pelet untuk menghasilkan serbuk halus.

Cara lain yang lazim digunakan melibatkan larut lesap kusam logam, diikuti dengan perolehan nikel daripada larutan melalui saduran di katod. Dalam penghasilan keluli nirkarat, nikel dengan ketulenan 75% boleh digunakan, bergantung dengan bendasing yang ada di dalam logam.

Nilai harga

Pada 20 Mac 2007, ^[13] telah diniagakan pada AS$22.40 setiap paun (bersamaan AS$1.39 setiap auns), dengan itu menjadikan syilling duit syiling nikel Amerika Syarikat sebagai bahan tarikan untuk dileburkan kerana keuntungan dari jualan kandungan nikel tersebut. Walau bagaimanapun, Kilang Syiling Amerika Syarikat yang telah menjangka kemungkinan itu telah mengisytiharkan arahan sementara pada 14 Disember 2006, tertakluk kepada komen umum selama 30 hari, dimana perbuatan melebur dan mengeksport duit-duit syiling ialah suatu jenayah. ^[14] Penjenayah tersebut boleh dihukum dengan denda sehingga AS$10,000 dan/atau pemenjaraan sehingga 5 tahun.

Penggunaan

Nikel digunakan dalam pelbagai barangan industri dan pengguna seperti keluli nirkarat, magnet, syiling dan aloi-aloi khas. Nikel juga digunakan dalam penyaduran serta sebagai pewarna hijau bagi kaca. Nikel lazimnya digunakan sebagai logam aloi, dan kegunaan utamanya ialah dalam logam nukel dan besi tuang nikel dengan pelbagai ciri. Nikel juga banyak digunakan dalam aloi-aloi lain seperti loyang dan gangsa, serta aloi bersama-sama kuprum, kromium, aluminium, plumbum, kobalt, perak dan emas.

Dalam makmal, nikel biasanya digunakan sebagai mangkin dalam penghidrogenan, lazimnya dengan nikel Raney, logam nikel yang dihaluskan.

Peranan biologi

Meskipun tidak disahkan hingga 70-an, nikel memainkan peranan dalam biologi. Urease, enzim yang membantu dalam hidrolisis urea mempunyai atom nikel. NiFe-hidrogenase mempunyai nikel beserta dengan gugusan ferum-sulfur. Hidrogenase ini dapat mengoksidakan H₂. Salah satu enzim dehidrogenase karbon monoksida memiliki gugusan Fe-Ni-S.^[15] Enzim-enzim lain yang memiliki nikel termasuklah superoksida dismutase dan sejenis glioksalase.^[16][17]

Keselamatan

Pendedahan lama terhadap nikel serta garam-garamnya dikaitkan dengan peningkatan peluang kanser paru-paru dan rongga nasal.^[18]

Pendedahan kepada logam nikel dan sebatian terlarutnya sepatutnya tidak melebihi 0.05 mg/cm³ per 40 jam kerja seminggu. Wasap dan habuk nikel sulfida serta sebatian-sebatian nikel dipercayai bercirikan karsinogen.^[19][20]

Nikel karbonil, [Ni(CO)₄], ialah gas yang amat beracun. Keracunan logam karbonil adalah kesan daripada keracunan logam serta kebolehan karbonil untuk menghasilkan gas karbon monoksida yang beracun.

Seseorang dengan pemekaan mungkin mempunyai alahan kepada nikel di kulitnya. Jumlah nikel yang dibenarkan dalam produk yang bersentuhan dengan kulit manusia dikawal oleh Kesatuan Eropah. Pada 2002, para pengkaji mendapati bahawa nikel yang terpancar oleh syiling 1 dan 2 Euro jauh melebihi had yang sepatutnya, dan dipercayai berlaku akibat tindak balas galvani.^[21]

Rujukan

1. Wilkinson, Richard James (1901). tembaga. Hong Kong: Kelly & Walsh, limited. m/s. 180. Rencana ini mengandungi teks dari sumber yang berada dalam domain awam.
2. W., P. (October 23, 1999). "Twice-magic metal makes its debut - isotope of nickel". Science News. Dicapai pada 2006-09-29.
3. "Atom Smashers Shed Light on Supernovae, Big Bang". Sky and Telescope (dalam bahasa Inggeris). 22 April 2005. Diarkibkan daripada yang asal pada 2008-07-20. Dicapai pada 8 Disember 2019.
4. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (ed. kedua). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8. Cite has empty unknown parameter: |name-list-format= (bantuan)CS1 maint: ref=harv (link)
5. "The Extraction of Nickel from its Ores by the Mond Process". Nature. 59 (1516): 63–64. 1898. Bibcode:1898Natur..59...63.. doi:10.1038/059063a0.
6. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (ed. ketiga). Prentice Hall. m/s. 729. ISBN 978-0-13-175553-6.
7. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2012). Inorganic Chemistry (ed. keempat). Prentice Hall. m/s. 764. ISBN 978-0273742753.
8. Laman web NIDI
9. "10 Top Nickel-producing Countries | INN". Investing News Network (dalam bahasa Inggeris). 2020-07-21. Dicapai pada 2020-08-06.
10. "Nickel Data Sheet - Mineral Commodity Summaries 2020" (PDF). US Geological Survey. Dicapai pada 6 August 2020.
11. Fujiwara, Tadayoshi (1933). "Mining and Refinary of Nickel and Monel Metal". Journal of the Mining Institute of Japan. 49 (575): 165–169. doi:10.11508/shigentosozai1885.49.165. Dicapai pada 31 Mei 2019.
12. Kurokawa, Harumasa; Takaishi, Kazuyuki (2007). "Nickel and Cobalt Refining at Niihama Nickel Refinery". Journal of MMIJ. 123 (12): 678–681. doi:10.2473/journalofmmij.123.678. Dicapai pada 31 Mei 2019.
13. Laman web Kitcometals: Nikel
14. Laman web USMint
15. Jaouen, G., Ed. Bioorganometallics: Biomolecules, Labeling, Medicine; Wiley-VCH: Weinheim, 2006
16. Szilagyi, R. K. Bryngelson, P. A.; Maroney, M. J.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I."S K-Edge X-ray Absorption Spectroscopic Investigation of the Ni-Containing Superoxide Dismutase Active Site: New Structural Insight into the Mechanism" Journal of the American Chemical Society 2004, volume 126, 3018-3019.
17. Thornalley, P. J., "Glyoxalase I--structure, function and a critical role in the enzymatic defence against glycation", Biochemical Society Transactions, 2003, 31, 1343-8.
18. Grimsrud, Tom K; Andersen, Aage (2010). "Evidence of carcinogenicity in humans of water-soluble nickel salts". Journal of Occupational Medicine and Toxicology. 5 (1): 7. doi:10.1186/1745-6673-5-7. PMC 2868037. PMID 20377901.
19. KS Kasprzak, FW Sunderman Jr, K Salnikow. Nickel carcinogenesis. Mutation Research. 2003 Dec 10;533(1-2):67-97. PubMed
20. JK Dunnick, MR Elwell, AE Radovsky, JM Benson, FF Hahn, KJ Nikula, EB Barr, CH Hobbs. Comparative Carcinogenic Effects of Nickel Subsulfide, Nickel Oxide, or Nickel Sulfate Hexahydrate Chronic Exposures in the Lung. Cancer Research. 1995 Nov 15;55(22):5251-6. PubMed
21. O Nestle, H Speidel, MO Speidel. High nickel release from 1- and 2-euro coins. Nature. 419, 132 (12 September 2002). free abstract

Pautan luar

• Laman web Inventori Bahan Cemar Nasional: Halaman Fakta Nikel dan Sebatian-sebatiannya Diarkibkan 2006-08-20 di Wayback Machine
• Laman web WebElements: Nikel
• Laman web Nature: Nikel dikeluarkan oleh duit syiling euro